[發明專利]一種深空通信中的文件傳輸方法

無效

• 申請號: 201310000576.3
• 申請日: 2013-01-03
• 公開（公告）號: CN103078707A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 楊雷;安建平;卜祥元;盧繼華;朱海周
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/16;H04L1/18;H04L29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于深空通信的文件傳輸方法，屬于深空通信技術領域。

背景技術

深空通信鏈路的特點是傳播延遲大、信道誤碼率高、周期中斷和高度非對稱，深空文件傳輸方法是要基于具有上述特點的深空通信鏈路按照用戶的傳輸質量要求完成文件的高效傳輸。

深空文件傳輸方法包括2個主要的技術方向，一個方向是改進地面Internet中使用最為廣泛的TCP協議使之適應深空通信鏈路，另一個方向是針對深空通信鏈路的特性專門制定深空文件傳輸標準。針對TCP協議的改進包括明確的擁塞指示防止指數退避和慢啟動，頭部壓縮降低協議開銷，增大發送窗口提高鏈路利用率，修改定時器減少不必要的超時重傳，采用NACK或SNACK減少反饋等。針對空間環境制定的文件傳輸標準采用不依賴反饋的發送機制和SNACK，并支持多個文件的同時傳輸。不依賴反饋的發送機制是指發送端在一次傳輸過程中將需要發送的數據全部發送，只有當所有數據發送完成后才會接收反饋，并根據反饋進行一次新的傳輸，直到接收方正確接收到所有數據。支持多個文件的同時傳輸是指發送方完成某個文件的一次傳輸后，立即開始一個新的文件的傳輸而不需要等待接收方確認前一個文件已經完全正確收到。這些方法的核心思想是要避免不必要的空閑和協議開銷，以充分利用寶貴的深空鏈路資源。

目前實際應用較多的空間文件傳輸協議是CCSDS所建議的CFDP協議。該協議將一組數據作為一個文件發送，發送文件的過程包括：首先發送包含需要傳輸的文件的相關信息（CFDP中稱為metadata，如文件名、文件大小、源地址和目的地址等）的協議數據單元（PDU）；然后發送包含文件內容的File?Data?PDU；內容發送完成后發送文件結束標識（EOF）PDU；接收端收到EOF?PDU后向發送端發送ACK（EOF）PDU，并判斷是否需要發送非確認應答（NAK）PDU，其中包含未正確收到的數據的相關信息；發送端根據NAK?PDU的內容進行重傳，該過程持續到接收端正確接收到該文件的所有數據并發送傳輸完成（FIN）PDU。發送端接收到FIN?PDU，發送ACK（FIN）PDU，關閉發送。接收端收到傳輸完成ACK（FIN）PDU，整個文件傳輸結束。CFDP協議針對空間應用專門進行了優化，其不依賴反饋的發送機制、確認反饋（ACK）與選擇性非確認反饋（SNACK）結合的反饋重傳機制一方面為深空文件傳輸提供了可靠服務，另一方面大大提高了鏈路利用率，縮短了文件傳輸時間。

實際上，當通信鏈路往返時間比數據發送時間還長時，重傳次數將決定一個文件的傳輸時間。由于深空鏈路的高誤碼率特性，即使采用功能強大的物理層前向糾錯（FEC）編碼，通常也會達到10^-4至10^-6級別的誤碼率，這將導致可能需要多次重傳才能實現一個較大文件的可靠傳輸。例如，當誤碼率為10^-5時，傳輸一個長度為1KB的數據包，誤包率約為8%。這也意味著當以1KB的包傳輸一個1MB的文件時，從概率意義上講第一次傳輸接收端只能正確接收942KB數據，錯誤的82KB數據必須通過重傳來糾正。而第一次重傳82KB數據時，從概率意義上講接收端只能正確接收約75KB數據，錯誤的7KB數據必須通過第二次重傳來糾正。這樣的反饋重傳過程一直持續，直到所有數據正確接收為止。以火星通信為例，最遠距離時的往返傳播延遲約為40分鐘，一個1MB的文件采用1KB的包傳輸時若需要2次重傳才能正確接收，則整個文件的傳輸需要約123.5分鐘才能完成，而其間實際用于發送該文件的時間僅約1.5分鐘（發送速率按100Kbps計算）。

正是因為上述原因，減少重傳次數是縮短文件傳輸時間的關鍵。專利文件“基于雙重傳策略的深空文件傳輸方法（CN102624506A）”中將文件傳輸分為初始發送階段和重傳階段，初始發送階段所有數據包發送一次，重傳階段將需要重傳的數據包發送兩次，從而提高一次重傳成功的概率，降低傳輸時間。該方法雖然可以減少重傳的次數，但并沒有降低需要一次重傳的概率，即該方法仍然有較大的概率需要進行至少一次重傳。

專利文件“基于可靠性保證的衛星網絡路由構建方法（CN102497649A）”中對分組傳輸的主路徑建立備份路徑，在主路徑上發送分組后，在備份路徑上發送相同的分組以提高分組成功交付的概率。該方法可以提高分組一次傳輸成功的概率，但由于占用備份路徑發送與主路徑上完全相同的副本，導致從整個系統來看鏈路利用率低。